非晶硅薄膜的制備方法

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1、非晶硅薄膜制備方法物理氣相沉積（physicalvapordeposition,PVD）化學(xué)氣相沉積（chemicalvapordeposition,CVD）非晶硅薄膜制備方法化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積就是在反應(yīng)室中將含有硅的氣體分解，然后分解出來的硅原子或含硅的基團(tuán)沉積在襯底上。常用氣體：硅烷SiH4，乙硅烷Si2H6n型摻雜材料：磷烷PH3p型摻雜材料：乙硼烷B2H6，三甲基硼烷B(CH3)3，或三氟化硼B(yǎng)F3稀釋氣體：氫氣H2，或惰性氣體He，Ar化學(xué)氣相沉積常用化學(xué)氣相沉積技術(shù)：等離子體輝光放電（glowdischarge）直流（DC）等離子體輝

2、光放電射頻（RF）等離子體輝光放電超高頻（VHF）等離子體輝光放電微波等離子體輝光放電光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積法（photo-CVD)熱絲催化化學(xué)氣相沉積法（hotwireCVD）何為等離子體？普通氣體溫度升高時(shí)，氣體粒子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，使粒子之間發(fā)生強(qiáng)烈碰撞，大量原子或分子中的電子被撞掉，當(dāng)溫度高達(dá)百萬K到1億K，所有氣體原子全部電離．電離出的自由電子總的負(fù)電量與正離子總的正電量相等．這種高度電離的、宏觀上呈中性的氣體叫等離子體．在自然界里，熾熱爍爍的火焰、光輝奪目的閃電、以及絢爛壯麗的極光等都是等離子體作用的結(jié)果。等離子體特點(diǎn)等離子體和普通氣體性質(zhì)不同，普

3、通氣體由分子構(gòu)成，分子之間相互作用力是短程力，僅當(dāng)分子碰撞時(shí)，分子之間的相互作用力才有明顯效果，理論上用分子運(yùn)動(dòng)論描述．在等離子體中，帶電粒子之間的庫(kù)侖力是長(zhǎng)程力，庫(kù)侖力的作用效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過帶電粒子可能發(fā)生的局部短程碰撞效果，等離子體中的帶電粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)，能引起正電荷或負(fù)電荷局部集中，產(chǎn)生電場(chǎng)；電荷定向運(yùn)動(dòng)引起電流，產(chǎn)生磁場(chǎng)．電場(chǎng)和磁場(chǎng)要影響其他帶電粒子的運(yùn)動(dòng)，并伴隨著極強(qiáng)的熱輻射和熱傳導(dǎo)；等離子體能被磁場(chǎng)約束作回旋運(yùn)動(dòng)等．等離子體的這些特性使它區(qū)別于普通氣體被稱為物質(zhì)的第四態(tài)．輝光放電的基本原理輝光放電系統(tǒng)的I-V曲線圖在真空系統(tǒng)中通入稀薄空氣，兩電極之

4、間將產(chǎn)生放電電流，產(chǎn)生輝光放電現(xiàn)象?？蓪?shí)現(xiàn)輝光放電功能的是正常放電和異常輝光放電階段。實(shí)際工藝中，選擇異常放電階段。輝光放電的基本原理輝光放電系統(tǒng)的輝光區(qū)示意圖正離子柱區(qū)（陽(yáng)極光柱區(qū)），在此區(qū)域，電子和正離子基本滿足電中性條件，處于等離子狀態(tài)。如果適當(dāng)調(diào)整電極間距，可以使等離子體區(qū)域（正離子柱區(qū)）在電極占主要部分，故等離子體輝光放電化學(xué)氣相沉積又稱等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition）等離子體輝光放電制備非晶硅薄膜等離子體化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的示意圖直流等離子體化學(xué)氣相沉積法直流輝光放電等離子

5、體反應(yīng)系統(tǒng)示意圖在真空室內(nèi)的兩個(gè)平行板電極上加上直流電壓，在一定的真空度下，被電場(chǎng)加速的電子與氣體分子碰撞使氣體分子離解。在此過程中有新的電子釋放出來，當(dāng)電場(chǎng)足夠強(qiáng)時(shí)，電子與氣體分子碰撞所產(chǎn)生的新電子以及從陰極，陽(yáng)極和其他部位發(fā)射的二次電子數(shù)等同于所損失掉的電子，一個(gè)穩(wěn)定的等離子體就形成了，其中的平均電子濃度和正離子濃度相等。由于在電子與氣體分子碰撞和分解過程中有光子釋放出來，故此過程稱為等離子體輝光放電。直流等離子體化學(xué)氣相沉積法維持一個(gè)穩(wěn)定的等離子體需要維持電子和離子的產(chǎn)生率等于消失率。電子和離子的產(chǎn)生率取決于外加電場(chǎng)的強(qiáng)度，一定范圍內(nèi)，電場(chǎng)越強(qiáng)分

6、子的離化程度越高；電子和離子的消失過程包括電子與離子的碰撞復(fù)合，陰極和陽(yáng)極以及其他表面對(duì)電子和離子的吸收等。維持一個(gè)穩(wěn)定的等離子體所加的直流電壓要高于一個(gè)閾值電壓。影響閾值電壓的因素：電極間距d，氣壓p，溫度t，氣體種類（如氫氣稀釋度），pd（最重要！）等描述等離子體的幾個(gè)重要物理參數(shù)等離子體的電子溫度和離子溫度由于電子質(zhì)量比分子或離子的小得多，電子和離子不能達(dá)到熱平衡，故在等離子體中電子和離子具有不同的溫度。離子溫度通常比環(huán)境溫度高一些，電子溫度更高。平均電子濃度雖然等離子體的平均電荷為零，但是在特定的時(shí)刻，特定的位置可能有局部電荷濃度的起伏。由于電

7、子的速度比離子的速度大得多，電子的移動(dòng)會(huì)引起電荷分布的振動(dòng)。振蕩的頻率為等離子體頻率。描述等離子體的幾個(gè)重要物理參數(shù)等離子體電勢(shì)懸浮電勢(shì)是指當(dāng)一個(gè)金屬物體被懸浮在等離子體中，在金屬表面所形成的電勢(shì)。由于電子的擴(kuò)散速度比正離子的擴(kuò)散速度大得多，在金屬物體被放入等離子體的瞬間，大量的電子會(huì)擴(kuò)散到金屬表面，從而使金屬表面的電勢(shì)低于等離子體的電勢(shì)。等離子體和其中懸浮金屬的電勢(shì)差起到排斥和阻擋更多電子擴(kuò)散到金屬表面，同時(shí)吸引正離子到金屬表面。穩(wěn)定的等離子體電勢(shì)和懸浮電勢(shì)的差值是保證金屬表面的電子電流和離子電流相等。對(duì)于用于非晶硅沉積的等離子體上述差值在幾伏到幾十

8、伏。描述等離子體的幾個(gè)重要物理參數(shù)等離子體中電極間電勢(shì)分布示意圖襯底接地，直流電源的負(fù)電極接到